فوم فلزی - بهبود عملکرد استارت سرد پیل سوختی

تجاری‌سازی شدهفوم‌های فلزیدر حال حاضر به دلیل ریزساختار متخلخل، تخلخل بالا و خواص مکانیکی خوب، جایگزین بالقوه خوبی برای راهگاه‌های مرسوم برای پیل‌های سوختی هستند.درقدرت کالری.
ابتدا، عملکرد قطبش باتری در شرایط کاری عادی در دمای اتاق مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با توجه به اینکه کاتد الکترود اصلی است که عملکرد باتری را محدود می‌کند، از مسیرهای جریان موازی مرسوم برای آند هر دو سلول منفرد استفاده می‌شود و از مسیرهای جریان موازی مرسوم برای کاتد با یک فلز نیکل جدید استفاده می‌شود.فومبه ترتیب میدان جریان.
برای انعکاس واضح‌تر تفاوت‌های جریان و تفاوت‌های عملکرد در دو میدان جریان، در این مطالعه از یک میدان جریان سلولی باریک با اندازه 1.5 سانتی‌متر × 20 سانتی‌متر (گازها همگی در امتداد ضلع طولی جریان داشتند) استفاده شد که تا حدودی عملکرد سلول اصلی را از دست داد و بنابراین، عملکرد قطبش سلول بالا نبود. علاوه بر این، از همان MEA (Nafion-112) برای هر دو سلول در آزمایش استفاده شد. به دلیل انحنای بیشتر کانال جریان کوچک در میدان جریان فلز فوم، افت فشار در هر دو انتها در مقایسه با کانال جریان مستقیم طولانی ساده در میدان جریان معمولی بیشتر است که باعث افزایش عرضه گاز به کاتد، فشار عملیاتی و سرعت واکنش الکتروشیمیایی می‌شود و در عین حال، نیاز به مصرف توان موتور گازی تحت فشار بیشتری تا حدی دارد و تلفات پمپاژ را افزایش می‌دهد. حداکثر چگالی توان برای سلول‌هایی با ... بیشتر است.فوم فلزیمیدان‌های جریان، در حالی که در جریان‌های کم، چگالی توان کمی کمتر از سلول‌های میدان جریان مرسوم است. در مجموع، مزایای استفاده از میدان جریان فوم فلزی هنوز قابل توجه است. در درازمدت، به دلیل جریان یکنواخت‌تر گاز و آب مایع در میدان جریان فوم فلزی، می‌توان از میدان جریان کوتاه‌تر در کاربردهای عملی استفاده کرد، یا از منبع تغذیه عمودی کاتد و آند (گاز آند در امتداد ضلع طولانی کانال جریان سنتی، گاز کاتد در امتداد ضلع کوتاه میدان جریان فوم جریان می‌یابد) استفاده کرد که باعث کاهش بیشتر تلفات پمپاژ ناشی از افت فشار ورودی و خروجی کاتد می‌شود و بنابراین انتظار می‌رود که افزایش عملکرد باتری را محقق کند و حتی چگالی توان قابل مقایسه یا حتی بالاتری نسبت به کانال جریان سنتی را حفظ کند، که در درازمدت قابل دستیابی است. بنابراین، انتظار می‌رود که افزایش عملکرد سلول را در عین حفظ تلفات پمپاژ قابل مقایسه یا حتی کمتر از کانال جریان سنتی محقق کند.
از سوی دیگر، برای پرداختن به نگرانی شرایط شروع زیر صفر، ما به طور جامع عملکرد شروع دینامیکی سلول‌های سوختی را با میدان جریان فلز فوم و کانال جریان موازی مرسوم در کاتد به ترتیب تحت حالت‌های جریان ثابت و ولتاژ ثابت مقایسه می‌کنیم.
از سوی دیگر، برای شرایط شروع زیر صفر که رایج است، ما به طور جامع عملکرد شروع دینامیکی پیل‌های سوختی با میدان جریان فلز فوم و کانال جریان موازی مرسوم در کاتد را به ترتیب تحت حالت‌های جریان ثابت و ولتاژ ثابت مقایسه می‌کنیم.
میدان جریان فوم-فلز مزایای بسیار خوبی را نشان می‌دهد، با عملکرد پایدار سلول در هنگام راه‌اندازی و راه‌اندازی موفقیت‌آمیز، در حالی که برعکس، سلول کانال جریان موازی مرسوم، با ولتاژ خروجی سلول پایین‌تر و ناپایدار در طول عملیات، نرخ تولید گرما و نرخ افزایش دما را تا حدی بهبود می‌بخشد، اما به دلیل کانال‌های جریان کمتر، احتمال یخ‌زدگی و گرفتگی به صورت خطی (بسته به تعداد کانال‌های جریان) افزایش می‌یابد که منجر به عملکرد خروجی سلول نوسانی می‌شود. با این حال، احتمال گرفتگی یخ به صورت خطی (بسته به تعداد کانال‌های جریان) افزایش می‌یابد که منجر به عملکرد خروجی سلول نوسانی و افزایش احتمال خرابی در راه‌اندازی می‌شود.
به طور خلاصه، ساختار متخلخل عالی پیل سوختی بافوم فلزیمیدان جریان مزایای قابل توجهی نسبت به سلول با کانال جریان سنتی "ترانشه-پشته" در هر دو شرایط عملیاتی دمای اتاق و شرایط راه‌اندازی دینامیکی زیر صفر دارد.
حداکثر چگالی توان و چگالی جریان نهاییباتریدر دمای اتاق حدود 25٪ افزایش می‌یابد؛
در شرایط استارت زیر صفر، عملکرد باتری‌های دارای میدان جریان فوم فلزی در هنگام استارت نرم‌تر است و قابلیت استارت خودکار در دمای پایین تا حد زیادی بهبود می‌یابد.
علاوه بر این، استفاده از روش‌های بهینه‌تر برای مواد فلزی فوم، مانند آبکاری طلا برای افزایش رسانایی، روش‌های مناسب‌تر برای آبگریزی و مقاومت در برابر خوردگی، و استفاده ازمواد فومبا اندازه منافذ، تخلخل و نسبت‌های فشرده‌سازی بهینه‌تر، انتظار می‌رود عملکرد عملیاتی پیل سوختی بیشتر تقویت شود و دوام چرخه شروع سرد افزایش یابد.